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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERIAIS

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ESTRUTURAS

CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS

DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÕES

PROFUNDAS DE GALPÃO INDUSTRIAL

LINEKER MAX GOULART COELHO

Sumário

INTRODUÇÃO 4

OBJETIVOS 4

MATERIAL E MÉTODOS 4

NORMAS 4

SOFTWARES UTILIZADOS 4

PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 5

DADOS GEOTÉCNICOS 5

DESCRIÇÃO DA ESTRUTURA 6

SOLUÇÃO ESTRUTURAL 7

AÇÕES CONSIDERADAS 7

COMBINAÇÕES DE CÁLCULO 7

Combinações para calculo de tensões sobre o terreno e deslocamentos: Ações

características 7

E.L.U. Concreto em fundações 8

Esforços de cálculo 8

RESULTADOS 9

DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL 9

Dimensionamento estrutural dos blocos 9

Bloco tipo 1 10

Bloco tipo 2 15

Bloco tipo 3 17

Dimensionamento estrutural estacas 19

Dimensionamento ao esforço cortante – Armadura longitudinal 20

Estacas dos blocos tipo 1 20

Verificação aos esforços cortantes e de compressão 22



DIMENSIONAMENTO GEOTÉCNICO 32

Verificação da capacidade de carga 32




Verificação dos Recalques 37


Estacas dos blocos tipo 2 e 3 39

Recalque Diferencial 39

CONCLUSÃO 39

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 40

Introdução As edificações industriais são compostas por sistemas complexos que exigem estruturas

que são muitas vezes especiais e/ou pouco convencionais cujo projeto exige o

desenvolvimento de soluções arrojadas e inovadoras ou mesmo a combinação

harmônica entre alternativas já amplamente utilizadas. Sendo assim, o engenheiro

apresenta papel fundamental na definição e compatibilização das várias estruturas

adotadas. No caso das fundações particularmente, a definição da tecnologia a ser

utilizada envolve o estudo das características do solo, grandeza e natureza das cargas a

serem suportadas, tecnologias disponíveis e aspectos econômicos.

Além disso, deve-se chamar a atenção quanto ao dimensionamento das fundações o qual

deve atender não apenas os critérios de resistência, mas também aos limites de

recalques. Estes merecerem atenção especial, pois podem impedir a perfeita utilização

das estruturas bem como comprometer a segurança da estrutura devido ao surgimento

de sobrecargas de recalque superiores as previstas em projeto.

No caso de edificações industriais, particularmente, muitas vezes na mesma área

existem fundações rasas e profundas as quais podem apresentar comportamento do

ponto de vista de recalques bem distintos. Sendo assim, é necessária uma analise

detalhada de modo a limitar recalques absolutos e diferenciais para que estes sejam

compatíveis evitando assim o mau funcionamento de equipamentos ou o

comprometimento das funções da edificação devido a deformações diferenciais

excessivas.

Objetivos Apresentar a metodologia utilizada no dimensionamento geométrico, geotécnico e

estrutural das fundações profundas de um galpão industrial bem como os resultados

obtidos.

Material e métodos

Normas

NBR 6118 (2007)

NBR 6122 (2010)

NBR 6123 (1980)

NBR 6120 (1980)

Projeto de Estruturas de Concreto - Procedimento

Projeto e Execução de Fundações

Forcas devidas ao vento em edificações

Cargas para o cálculo de estruturas

NBR 8681 (2003) Ações e Segurança nas Estruturas – Procedimento

Softwares Utilizados

CYPECAD

ESBELT

STRAP

Propriedades dos materiais

Concreto Estrutural: fck = 30 MPa

Aço CA-50: fyk = 500 MPa

Classe de agressividade ambiental: III

Cobrimento: 4 cm

Dados geotécnicos

Com base nas informações do documento de referência RL-VAL-12549-CVL-001

foram dotadas as informações geotécnicas do furo de sondagem mais desfavorável: SP-

09.

Figura 1 – Sondagem Furo SP09 – Parte 1

Figura 2 – Sondagem Furo SP09 - Parte 2

Descrição da estrutura A Figura 3 apresenta o arranjo geral do galpão industrial para o qual a fundação será

dimensionada, possuindo 96 metros de comprimento e 30 metros de largura.

Figura 3 – Arranjo do novo galpão do PML.

Solução estrutural O galpão é construído em pórticos de estrutura metálica os quais estão apoiadas nos

blocos de fundação.

Ações consideradas

Carregamentos superestrutura metálica

Foram aplicados no topo dos pilaretes dos blocos de fundação os carregamentos mais

desfavoráveis resultantes das combinações do projeto da superestrutura metálica do

galpão, sendo eles:

Peso próprio das estruturas metálicas;

Carga dinâmica das pontes rolantes;

Sobrecargas da estrutura metálica;

Sobrecarga devido ao vento.

Combinações de cálculo A partir dos carregamentos característicos obteve-se o valor dos esforços máximos de

calculo por meio das combinações de calculo conforme NBR 6120 e 6118. Sendo:

Gk

Ação permanente

Qk

Ação variável

G

Coeficiente parcial de segurança das ações permanentes

Q,1

Coeficiente parcial de segurança da ação variável principal

Q,i

Coeficiente parcial de segurança das ações variáveis de acompanhamento

(i > 1)

p,1

Coeficiente de combinação da ação variável principal

a,i

Coeficiente de combinação das ações variáveis de acompanhamento

(i 1)

Combinações para calculo de tensões sobre o terreno e deslocamentos: Ações

características

Tabela 1 – Combinações e coeficientes – ações características.

Comb. AP SCU V(+X

)

V(-X) V(+Y

)

V(-Y)

1 1.000

2 1.000 1.000

3 1.000 1.000

4 1.000 1.000 1.000

5 1.000 1.000

6 1.000 1.000 1.000

7 1.000 1.000

8 1.000 1.000 1.000

9 1.000 1.000

10 1.000 1.000 1.000

Gj kj Qi ki

j 1 i 1

G Q

E.L.U. Concreto em fundações

Uso da edificação: Bibliotecas, arquivos, depósitos, oficinas e garagens e sobrecargas

em coberturas.

$

Tabela 2 – Combinações e coeficientes – ações de cálculo.

Comb. AP SCU V(+X

)

V(-X) V(+Y

)

V(-Y)

1 1.000

2 1.400

3 1.000 1.400

4 1.400 1.400

5 1.000 1.400

6 1.400 1.400

7 1.000 1.120 1.400

8 1.400 1.120 1.400

9 1.000 1.400 0.840

10 1.400 1.400 0.840

11 1.000 1.400

12 1.400 1.400

13 1.000 1.120 1.400

14 1.400 1.120 1.400

15 1.000 1.400 0.840

16 1.400 1.400 0.840

17 1.000 1.400

18 1.400 1.400

19 1.000 1.120 1.400

20 1.400 1.120 1.400

21 1.000 1.400 0.840

22 1.400 1.400 0.840

23 1.000 1.400

24 1.400 1.400

25 1.000 1.120 1.400

26 1.400 1.120 1.400

27 1.000 1.400 0.840

28 1.400 1.400 0.840

Esforços de cálculo

Além destas cargas aplicadas no topo do pilar tem-se ainda os esforços devido ao peso

próprio das estruturas de concreto. Os esforços de calculo resultantes das combinações

mais desfavoráveis aplicados no topo dos pilaretes dos blocos para a combinação dos

carregamentos acima descritos são:

n: esforço normal (kN)

t: Esforço de torção (kN)

mx: momento com relaço ao eixo Y (kNm)

my: momento com relaço ao eixo X (kNm)

Gj kj Q1 p1 k1 Qi ai ki

j 1 i >1

G Q Q

qx: cortante no eixo X (kN)

qy: cortante no eixo Y (kN)

Tabela 3 – Esforço máximo de cálculo Pilaretes dos blocos tipo 1

Combinação N Mx my qx Qy T

1 -35 -0,408 6 -0,257 0,866 -0,011

2 -16 -0,481 -142 0,484 18 0,112

3 1.720 -0,095 318 0,01 14 0,001

4 1.599 -0,578 434 33 33 0,124

5 535 -3 434 6 -61 -1

6 132 -2 -319 46 37 -0,735

7 623 -1 -172 -50 -1 -1

8 594 -0,17 -170 -60 -5 -1

9 954 -3 326 13 -102 -1

10 1.516 -3 15 16 -76 -0,8

11 66 -1 -295 -16 36 -1

12 1.046 0,337 352 -12 -106 -0,926

13 472 -2 -392 -60 34 -2

Tabela 4 – Esforço máximo de cálculo Pilaretes Blocos tipo 2.

Combinação N mx My Qx Qy

1 187,309 -0,006 15,82 -0,027 -9,309

2 180,129 -0,011 25,236 -0,025 -14,591

3 192,181 -0,235 -3,982 -0,236 2,341

4 178,204 -0,011 24,741 -0,024 -14,381

5 25,236 -0,004 -0,011 -14,591 180,129

6 98,11 -4,068 8,029 -7,088 -4,722

Tabela 5 – Esforço máximo de cálculo Pilaretes dos blocos tipo 3.

Combinação N mx My Qx Qy

1 7 21 0 7 0

Resultados

Dimensionamento estrutural

Dimensionamento estrutural dos blocos

Foram dimensionados três tipos de blocos. A seguir são apresentadas os resultados de

dimensionamento para as condições mais desfavoráveis para cada tipo de bloco.

Bloco tipo 1

Figura 4 – Bloco tipo 1.

Dados Armaduras:

Malha inferior X: Ø10c/15

Malha inferior Y: Ø10c/15

Malha superior X: Ø12.5c/15

Malha superior Y: Ø12.5c/15

Armadura perimetral: 6 Ø10, trespasse 33 cm

Viga paralela X: Armadura inferior: 10 Ø16

Viga paralela Y: Armadura inferior: 10 Ø10

Tabela 6 – Dimensionamento do bloco tipo 1. Verificação

Valores

Estado

Distância mínima a partir do pilar:

Critério da CYPE Ingenieros

Mínimo: 0.05 m

Calculado: 0.45 m

Passa

Distância mínima a partir do perímetro da estaca:

-

Direção qualquer:

Recomendação do livro "Estructuras de cimentación", M.Cunha Moraes. ed.

McGraw-Hill, 1976

Mínimo: 0.15 m

Calculado: 0.2 m

Passa

Altura mínima do bloco:

Artigo 59.8.1 (norma EHE-98)

Mínimo: 0.4 m

Calculado: 0.9 m

Passa

Espaço para ancorar arranques na fundação: Mínimo: 36.4326

cm Calculado: 83 cm

Passa

Espaçamento mínimo entre eixos de estacas:


Mínimo: 1.2 m

Calculado: 1.2 m

Passa

Largura mínima de estacas:

Critério da CYPE Ingenieros.

Mínimo: 0.25 m

Calculado: 0.4 m

Passa

Espaçamento máximo da armadura de positivos:


Máximo: 0.3 m

-

Direção X (Viga lateral):

Calculado: 0.06 m

Passa

-

Direção Y (Viga lateral):

Calculado: 0.06 m

Passa

Espaçamento mínimo entre malhas:


Mínimo: 0.02 m

-

Malha superior - X:

Calculado: 0.1375 m

Passa

-

Malha superior - Y:

Calculado: 0.1375

m

Passa

-

Malha inferior - X:

Calculado: 0.14 m

Passa

-

Malha inferior - Y:

Calculado: 0.14 m

Passa

Espaçamento máximo entre malhas:


Máximo: 0.3 m

-

Malha superior - X:

Calculado: 0.1375 m

Passa

-

Malha superior - Y:

Calculado: 0.1375 m

Passa

-

Malha inferior - X:

Calculado: 0.14 m

Passa

-

Malha inferior - Y:

Calculado: 0.14

m

Passa

Espaçamento mínimo entre diâmetros da armadura perimetral:

-

Estribos qualquer:


Mínimo: 0.02 m

Calculado: 0.0995714 m

Passa

Espaçamento máximo entre diâmetros da armadura

perimetral:

-

Estribos qualquer:


Máximo: 0.3 m Calculado: 0.0995714 m

Passa

Diâmetro mínimo armaduras:

-

Estribos perimetrais:

J. Calavera, 'Cálculo de Estructuras de Cimentación' 4ª edición, INTEMAC.

Capítulo 3.16 (pag.129).

Mínimo: 10 mm

Calculado: 10 mm

Passa

Diâmetro mínimo barras horizontais:



Mínimo: 10 mm

Calculado: 10 mm

Passa

Área máxima de armadura:

Critério do Eurocódigo (CEB)

-

Direção X:

Máximo: 723.6

cm² Calculado: 77.07 cm²

Passa

-

Direção Y:

Máximo: 1159.2


Passa

Quantia geométrica mínima:

-

Armadura longitudinal:


Mínimo: 0.0018

Calculado: 0.002

Passa

Capacidade portante da estaca:

Valor introduzido pelo usuário

Máximo: 420 kN Calculado: 385 kN

Passa

Compressão máxima:

-

Nó de bloco de coroamento de estacas rígido (Ações estáticas):

Norma EHE. Artigo 59.4.1.2.

Máximo: 1884.95 kN Calculado: 477.078 kN

Passa

Tração nas bielas do concreto:

-

Ações estáticas:

Artigo 59.4.1.2.2.2 (norma EHE-98)

Máximo: 2.00378 MPa Calculado:

0.431639 MPa

Passa

Área de aço necessária por cálculo:

-

Direção X (Ações estáticas):


McGraw-Hill, 1976

Mínimo: 16.853 cm² Calculado: 20 cm²

Passa

-

Direção Y (Ações estáticas):


McGraw-Hill, 1976

Mínimo: 5.50643

cm² Calculado: 8 cm²

Passa

-

Malhas superiores X (Ações estáticas):


Mínimo: 6.65857 cm² Calculado: 8.33333 cm²

Passa

-

Malhas superiores Y (Ações estáticas):



Passa

Capacidade mecânica da armadura secundária horizontal:


-


Mínimo: 168.53 kN Calculado: 428.8 kN

Passa

-


Mínimo: 82.5965 kN Calculado: 686.933 kN

Passa

Comprimento ancoragem armadura longitudinal:

-

X(Ações estáticas):

Artigo 66.5 (norma EHE-98)

Mínimo: 19 cm

Calculado: 33 cm

Passa

-

Y(Ações estáticas):


Mínimo: 0 cm

Calculado: 26 cm

Passa

-

Malhas inferiores X -Ø 10.0 mm - (Ações estáticas):

Artigo 66.5 (norma EHE-98) ; Artigo 59.4.1.2.1 (norma EHE-98)

Mínimo: 0 cm

Calculado: 77.7 cm

Passa

-

Malhas inferiores Y -Ø 10.0 mm - (Ações estáticas):


Mínimo: 0 cm Calculado: 77.7

cm

Passa

-

Malhas superiores X -Ø 12.5 mm - (Ações estáticas):


Mínimo: 15 cm

Calculado: 15 cm

Passa

-

Malhas superiores Y -Ø 12.5 mm - (Ações estáticas):


Mínimo: 0 cm

Calculado: 15 cm

Passa

Armadura mínima por metro por motivos mecânicos:


Mínimo: 14.7857 cm²

-


Calculado: 30.01

cm²

Passa

-


Calculado: 15.7681 cm²

Passa

Todas as verificações foram cumpridas

Avisos: - Existem estados de carga de tração sobre o bloco e a estaca

- Tração máxima característica= 125 kN

Bloco tipo 2


Dados armaduras

Armadura inferior: 8 Ø12.5

Armadura superior: 4 Ø10

Estribos horizontais: 3 Ø12.5

Estribos verticais: Ø15c/12.5

Tabela 7 – Dimensionamento do bloco tipo 2. Verificação Valores Estado



McGraw-Hill, 1976

Mínimo: 0.15 m

- Direção X:

Calculado: 0.25 m

Passa

- Direção Y:

Calculado: 0.25 m

Passa



Mínimo: 0.05 m Calculado: 0.25 m

Passa



McGraw-Hill, 1976


Passa

Espaço para ancorar arranques na fundação:

Mínimo: 16 cm Calculado: 52.5 cm

Passa

Altura útil máxima aconselhável:


McGraw-Hill, 1976

Máximo: 0.62835 m Calculado: 0.53125

m

Passa

Espaçamento mínimo entre eixos de estacas:



Passa




Passa

Espaçamento máximo da armadura de positivos:

- Direção X:


Máximo: 0.3 m Calculado:

0.0965625 m

Passa

Espaçamento máximo da armadura de negativos:

- Direção X:



m

Passa

Diâmetro mínimo armaduras:

J. Calavera, 'Cálculo de Estructuras de Cimentación' 4ª edición, INTEMAC. Capítulo

3.16 (pag.129).

Mínimo: 10 mm

- Estribos verticais:

Calculado: 12.5 mm

Passa

- Estribos horizontais:

Calculado: 12.5 mm

Passa

Diâmetro mínimo barras horizontais:



Mínimo: 10 mm Calculado: 10 mm

Passa

Quantia geométrica mínima:

- Armadura longitudinal:


Mínimo: 0.0018 Calculado: 0.002

Passa




Passa




Passa


- Direção X:


Máximo: 234 cm² Calculado: 24.05 cm²

Passa




Passa

Compressão máxima:

- Nó de bloco de coroamento de estacas rígido (Ações

estáticas):

Norma EHE. Artigo 59.4.1.2.

Máximo: 1884.95 kN Calculado: 354.059

kN

Passa

Armadura longitudinal inferior de cálculo:

- Ações estáticas:


McGraw-Hill, 1976


Passa

Armadura mínima por metro por motivos mecânicos:

- Direção X (Ações estáticas):



Passa

Capacidade mecânica mínima armadura superior:



Mínimo: 5.86957 kN Calculado: 166.957

kN

Passa

Distância entre estribos:

Artigo 44.2.3.4.1 (norma EHE-98)

Máximo: 0.3 m


Calculado: 0.22 m

Passa


Calculado: 0.12 m

Passa

Verificação área de cálculo aço p/ negativos:




Passa

Todas as verificações foram cumpridas

Avisos:

- Existem estados de carga de tração sobre o bloco e a estaca

- Tração máxima característica= 73 kN

Bloco tipo 3


Dados armaduras

Estribos horizontais: 3 Ø10

Estribos verticais direção X: 5 Ø10

Estribos verticais direção Y: 5 Ø10

Estribos diagonais: 2 Ø10

Tabela 8 – Dimensionamento do bloco tipo 3. Verificação Valores Estado



McGraw-Hill, 1976

Mínimo: 0.15 m

- Direção X:

Calculado: 0.25 m

Passa

- Direção Y:

Calculado: 0.25 m

Passa

Dist.Máx. Pilar-Face Bl. aconselhável:


Máximo: 1.1 m

- Direção X:

Calculado: 0.25 m

Passa

- Direção Y:

Calculado: 0.25 m

Passa


Recomendação do livro "Estructuras de cimentación", M.Cunha Moraes.

ed. McGraw-Hill, 1976


Passa

Espaço para ancorar arranques na fundação:

Mínimo: 10 cm Calculado: 48 cm

Passa

Altura máxima aconselhável:


Máximo: 0.9 m Calculado: 0.55 m

Passa




Passa

Profundidade máxima da armadura:



m

Passa

Distância mínima entre estribos:


Mínimo: 0.02 m

- Estribos XZ:

Calculado: 0.12 m

Passa

- Estribos YZ:

Calculado: 0.12 m

Passa

Espaçamento mínimo entre estribos horizontais:


Mínimo: 0.02 m Calculado: 0.10125

m

Passa

Distância máxima entre estribos:


Máximo: 0.3 m

- Estribos XZ:

Calculado: 0.13 m

Passa

- Estribos YZ:

Calculado: 0.13 m

Passa

Distância entre estribos horizontais:



m

Passa

Diâmetro mínimo estribos verticais:


Mínimo: 10 mm

- Estribos XZ:

Calculado: 10 mm

Passa

- Estribos YZ:

Calculado: 10 mm

Passa

Diâmetro estribos horizontais:

Arm.perimetral que envolve arm. comprimida. Art. 42.3.1(norma EHE-

98)

Mínimo: 8 mm Calculado: 10 mm

Passa



Calculado: 16 cm²

- Direção vertical:

Máximo: 324 cm²

Passa

- Direção horizontal:

Máximo: 198 cm²

Passa



Mínimo: 0.05 m

Calculado: 0.2 m

Passa




Passa

Quantidade geométrica mínima:


Quantidade geométrica na seção de concreto estaticamente necessária

Mínimo:

0.000115592 Calculado:

0.00193925

Passa

Compressão sobre bloco:


Artigo 21.2.1 (norma NBR 6118:2003)

Máximo: 3214.29 kN Calculado: 238.692

kN

Passa

Área resistente estribos horizontais:


Recomendação do livro "Estructuras de cimentación", M.Cunha Moraes.

ed. McGraw-Hill, 1976

Mínimo: 0.372956


Passa

Todas verificações foram cumpridas

Dimensionamento estrutural estacas

A analise estrutural das estacas foi realizada utilizando o software STRAP 2011. Com

base nos dados de sondagem do solo foi criado um modelo em que as rigidezes

horizontais do solo foram modeladas como molas cujos coeficientes de reação para cada

profundidade são apresentados na tabela abaixo.

Tabela 9 – Coeficientes de reação horizontal do solo versus profundidade.

Profundidade

Coeficiente de reação

horizontal do solo [kN/m]

1 2400,00

2 2400,00

3 2400,00

4 2400,00

5 3600,00

6 4200,00

7 4200,00

8 4800,00

9 4200,00

10 4200,00

11 5400,00

12 7800,00

13 10200,00

14 10800,00

15 10800,00

16 10800,00

17 12000,00

18 14400,00

19 16200,00

20 18000,00

21 20400,00

22 34800,00

Dimensionamento ao esforço cortante – Armadura longitudinal Nenhuma estaca apresentou esforço cortante de cálculo superior a 40 kN. Sendo assim

todas as estacas possuem armadura longitudinal mínima de diâmetro 6,3 com passo de

15 cm.

Tabela 10 – Dimensionamento de estacas ao esforço cortante - parte 1.

b = 0,40 m

fck = 20 MPa

Ecs = 21287367 kN/m2

fyk = 500 MPa

Es = 2,10E+05 MPa

eyd = 2,07E-03

esu = 1,00E-02

ecu = 3,50E-03

gs = 1,15

gc = 1,4

gm = 1,4

n = 2,25

fctm = 2210,42 kN/m2

wlim = 0,3 mm


Vk

(kN

)

h

(m)

d

(m)

d'

(m)

b

(m)

τwd

(kN/m2)

τwu

(kN/m2)

ψ3

τc

(kN/m2)

τd

(kN/m2)

Seçã

o

Asw/s

(cm2/m)

(Asw/s)min

(cm2/m)

40,

0

0,0

0

-

0,05

0,0

5

0,4

0 445,63

3548,5

7

0,0

9 663,13 0,00 OK! 0,00 3,54


Фest

(mm) npernas

s

(cm)

s -

adotado

(cm)

6,30 2 17,63 15,00

Estacas dos blocos tipo 1 Esforços

Tabela 13 – Esforços nas estacas - bloco tipo 1. Combinação Descrição Esforço Vertical de cálculo

no topo da estaca (kN)

Esforço horizontal de cálculo


Comb 1 Máxima Compressão 539 7,8

Comb 2 Máxima Cortante 160 24

Comb 3 Máxima Tração 175 17,5

Tabela 14 – Reação do solo estacas - bloco tipo 1. Reação horizontal de cálculo do solo sobre a estaca (kN)

Profundidade (m) Comb 1 Comb 2 Comb 3

1 7,8 24,0 17,5

2 -7,4 -22,7 -16,7

3 -1,8 -5,5 -3,9

4 -0,8 -2,5 -1,8

5 0,2 0,5 0,4

6 0,6 1,8 1,3

7 0,7 2,1 1,5

8 0,4 1,4 1,0

9 0,3 0,8 0,6

10 0,2 0,5 0,4

Tabela 15 – Armadura estacas - bloco tipo 1. Tipo Diametro (mm) Quantidade/Espaçamento Comprimento

Longitudinal 12,5 6 barras 11,40 m

Transversal 6,3 Passo de 15 cm -

Diagrama momento fletor

Figura 7 – Diagrama momento fletor kN.m

Verificação aos esforços cortantes e de compressão

A análise foi realizada no software ESBELT.

Figura 8 – Resultados ESBELT - Combinação 1

Verificação aos esforços de tração

Análise realizada no software CYPECAD 2009.

Armadura Estacas

Tabela 16 – Armadura estacas - bloco tipo 1. Desfavoráveis Referência

Pilar Pi Dimensão Tramo Armaduras As/Ac(%) Estribos Est. H Hpx Hpy N Mx My N Mx My

P1 1 Diâm:0.40 4.50/9.00 0.00/4.50

6Ø12.5 6Ø12.5

0.60 0.60

Ø6.3c/15 Ø5c/15

9.00 9.00

9.00 9.00

9.00 9.00

-168.6

-155.6

17.9 8.1

0.0 0.0

-168.6

-155.6

17.9 8.1

0.0 0.0

Verificação da resistência ao esforço cortante estacas de concreto

Tabela 17 – Verificação cisalhamento - bloco tipo 1. Desfavoráveis

Pilar Pi Dimensão Tramo Armaduras Estribos Nsd Vsdx Vrd1x Vrd2x Vsdy Vrd1y Vrd2y VC Origem Passa

P1 1 Diâm:0.40 4.50/9.00

0.00/4.50

6Ø12.5

6Ø12.5

Ø6.3c/15

Ø5c/15

-175.00

-155.58

17.50

-4.52

291.50

292.96

42.65

27.22

0.00

0.00

291.50

292.96

42.65

27.22

0.06

0.02

0.41

0.17

G

G

Sim

Sim


Tabela 18 – Esforços sobre estaca - bloco tipo 2. Combinação Descrição Esforço Vertical de cálculo




Comb 1 Máxima Compressão 371 1,1

Comb 2 Máxima Cortante 315 8

Comb 3 Máxima Tração 73 11,5

Tabela 19 – Reação solo sobre estaca - bloco tipo 2. Reação horizontal de cálculo do solo sobre a estaca (kN)

Profundidade (m) Comb 1 Comb 2 Comb 3

1 -1,1 -7,6 -11,1

2 -0,3 -1,8 -2,7

3 -0,1 -0,8 -1,2

4 0,0 0,2 0,3

5 0,1 0,6 0,9

6 0,1 0,7 1,0

7 0,1 0,4 0,7

8 0,0 0,3 0,4

Armaduras

Como as estacas estão sujeitas a tração suas barras devem ser ancoradas nos blocos.


Longitudinal 12,5 6 barras 9,90 m


Diagrama momento Fletor



Análise realizada no software ESBELT.

Verificação aos esforços de tração

Análise realizada no software CYPECAD 2009. Armadura

Tabela 21 – Armadura estacas - bloco tipo2. Desfavoráveis Referência

Pilar Pi Dimensão Tramo Armaduras As/Ac(%) Estribos Est. H Hpx Hpy N Mx My N Mx My

P1 1 Diâm:0.40 4.50/9.00 0.00/4.50

6Ø12.5 6Ø12.5

0.60 0.60

Ø6.3c/15 Ø6.3c/15

9.00 9.00

9.00 9.00

9.00 9.00

-95.5 -82.8

11.7 4.6

0.0 0.0

-95.5 -82.8

11.7 4.6

0.0 0.0

Verificação da resistência ao esforço cortante em estacas de concreto

Tabela 22 – Verificação cisalhamento estacas - bloco tipo 2. Desfavoráveis

Pilar Pi Dimensão Tramo Armaduras Estribos Nsd Vsdx Vrd1x Vrd2x Vsdy Vrd1y Vrd2y VC Origem Passa

P1 1 Diâm:0.40 4.50/9.00

0.00/4.50

6Ø12.5

6Ø12.5

Ø6.3c/15

Ø6.3c/15

-102.20

-82.78

11.48

-3.21

292.96

291.50

27.22

45.31

0.00

0.00

292.96

291.50

27.22

42.65

0.04

0.01

0.42

0.07

G

G

Sim

Sim


Tabela 23 – Esforços estacas - bloco tipo 3. Combinação Descrição Esforço Vertical de cálculo




Comb 1 Máxima Compressão 245 -

Armaduras


Longitudinal 16 6 barras 6 m


Diagrama momento fletor



Análise realizada no software ESBELT.

Dimensionamento geotécnico

Verificação da capacidade de carga

A capacidade de carga das estacas, por sua vez, foi determinada utilizando o método

proposto por Aoki & Velloso (1975). Além disso, o efeito de grupo foi considerado na

capacidade de carga atribuindo a esta um fator de eficiência determinado pelos métodos de

Converse-Labarre, Método de Los Angeles e Regra de Feld (Piancastelli, 2012).

Além disso, segundo Freitas (2010) e Meyerhof (1976) no caso de grupo de estacas

além da capacidade de carga individual das estacas deve-se verificar também a

possibilidade de colapso do solo por ruptura em uma linha ou fileira de estacas ou ainda

a ruptura de toda área horizontal delimitada pelo estaqueamento (ruptura do bloco),

conforme abaixo. Sendo assim, foi verificada também a possibilidade de ruptura em linha

de estacas e ruptura do bloco baseando-se no método da radier fictício e da estaca

equivalente conforme Velloso & Lopes (2010), Poulos & Davis (1980) e Meyerhof (1976).

Figura 15 – Mecanismos de ruptura em grupo de estacas.

Estacas dos blocos tipo 1

- Verificação da ruptura das estacas

Esforço de compressão característico: 45,5 tf

Tabela 25 – Capacidade de carga Estacas do bloco tipo 1.

CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS

MÉTODO AOKI - VELLOSO/MONTEIRO

(MODIFICADO)

(valores alterados para estaca hélice contínua)

OBRA: GALPÃO DE MANUTENÇÃO DE LOCOMOTIVAS

CASO: SP-09

DATA: 11/09/2013

Características da Estaca TABELA 01

Tipo de solo n° K (%)

areia 1 7,3 2,1

Tipo: HÉLICE areia siltosa 2 6,8 2,3

Seção: circular areia silto argilosa 3 6,3 2,4

diâmetro: 0,40 m areia argilosa 4 5,4 2,8

areia argilo siltosa 5 5,7 2,9

Área ponta: 1256,64 cm2 silte 6 4,8 3,2

Perímetro: 125,66 cm silte arenoso 7 5,0 3,0

F1 = 3,00 silte areno argiloso 8 4,5 3,2

F2 = 3,80 silte argiloso 9 3,2 3,6

silte argilo arenoso 10 4,0 3,3

FS.: 2,0 Argila 11 2,5 5,5

argila arenosa 12 4,4 3,2

argila areno siltosa 13 3,0 3,8

argila siltosa 14 2,6 4,5

argila silto arenosa 15 3,3 4,1

TABELA 02

Z (m) SPT n° K (%) Qs (tf) Qp (tf) Qadm (tf)

1 11 7 5,00 3,00 0,00 0,00 0,00

2 6 7 5,00 3,00 0,00 0,00 0,00

3 6 7 5,00 3,00 2,98 12,57 7,77

4 2 7 5,00 3,00 5,95 4,19 5,07

5 2 7 5,00 3,00 6,94 4,19 5,57

6 4 7 5,00 3,00 7,94 8,38 8,16

7 3 7 5,00 3,00 9,92 6,28 8,10

8 4 7 5,00 3,00 11,41 8,38 9,89

9 4 7 5,00 3,00 13,39 8,38 10,89

10 3 7 5,00 3,00 15,38 6,28 10,83

11 4 7 5,00 3,00 16,87 8,38 12,62

12 5 7 5,00 3,00 18,85 10,47 14,66

13 8 7 5,00 3,00 21,33 16,76 19,04

14 9 7 5,00 3,00 25,30 18,85 22,07

15 9 7 5,00 3,00 29,76 18,85 24,31

16 9 7 5,00 3,00 34,23 18,85 26,54

17 9 7 5,00 3,00 38,69 18,85 28,77

18 11 7 5,00 3,00 43,16 23,04 33,10

19 13 7 5,00 3,00 48,61 27,23 37,92

20 14 7 5,00 3,00 55,06 29,32 42,19

21 16 7 5,00 3,00 62,01 33,51 47,76

22 18 7 5,00 3,00 69,94 37,70 53,82

23 40 7 5,00 3,00 78,87 83,78 81,32

Tabela 26 – Calculo eficiência - estacas do bloco tipo 1.

Calculo eficiência

ϴ (graus) 18,4

S= 1,2

diametro

estacas= 0,4

m= 2 n= 3

Método Eficiência

Formula de Converse Labarre 0,76

Método de Los Angeles 0,83

Regra de Feld 0,77

Capacidade de carga estaca isolada

81,32 tf

Capacidade de carga com efeito de grupo

63,90 tf

- Verificação da ruptura do cubo de estacas:

Tabela 27 – Calculo ruptura em cubo bloco tipo 1.

Largura do grupo (m) 1,6

Comprimento do grupo (m) 2,8

Força resistente lateral (tf) 345,6

Força resistente de ponta (tf) 80,5

Força resistente total (tf) 426,1

Força atuante (tf|) 351,0

- Verificação da ruptura por faixa de estacas:

Tabela 28 – Calculo ruptura em faixa de estavas do bloco tipo 1.

Largura do grupo (m) 0,4

Comprimento do grupo (m) 2,8

Força resistente lateral (tf) 251

Força resistente de ponta (tf) 20,2

Força resistente total (tf) 271,2

Força atuante (tf|) 154,1


Esforço de compressão característico: 33 tf

Tabela 29 – Capacidade de carga Estacas do bloco tipo 2. CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS


(MODIFICADO)



CASO: SP-09

DATA: 11/09/2013



areia 1 7,3 2,1


Seção: Circular areia silto argilosa 3 6,3 2,4








FS.: 2,0 argila 11 2,5 5,5





TABELA 02


1 0 7 5,00 3,00 0,00 0,00 0,00

2 6 7 5,00 3,00 0,00 12,57 6,28

3 6 7 5,00 3,00 2,98 12,57 7,77

4 2 7 5,00 3,00 5,95 4,19 5,07

5 2 7 5,00 3,00 6,94 4,19 5,57

6 4 7 5,00 3,00 7,94 8,38 8,16

7 3 7 5,00 3,00 9,92 6,28 8,10

8 4 7 5,00 3,00 11,41 8,38 9,89

9 4 7 5,00 3,00 13,39 8,38 10,89

10 3 7 5,00 3,00 15,38 6,28 10,83

11 4 7 5,00 3,00 16,87 8,38 12,62

12 5 7 5,00 3,00 18,85 10,47 14,66

13 8 7 5,00 3,00 21,33 16,76 19,04

14 9 7 5,00 3,00 25,30 18,85 22,07

15 9 7 5,00 3,00 29,76 18,85 24,31

16 9 7 5,00 3,00 34,23 18,85 26,54

17 9 7 5,00 3,00 38,69 18,85 28,77

18 11 7 5,00 3,00 43,16 23,04 33,10

19 13 7 5,00 3,00 48,61 27,23 37,92

20 14 7 5,00 3,00 55,06 29,32 42,19

Tabela 30 – Calculo eficiência - estacas do bloco tipo 2.

Cálculo eficiencia

ϴ (graus) 18,4349488

S= 1,2 diametro estacas= 0,4

m= 2 n= 1

Método Eficiência

Formula de Converse Labarre 0,90

Método de Los Angeles 0,95

Regra de Feld 0,77

Capacidade de carga estaca isolada

42,19 tf

Capacidade de carga com efeito de grupo

38,91 tf

Estacas dos blocos tipo 3 Esforço de compressão característico: 21,5 tf

Tabela 31 – Capacidade de carga Estacas do bloco tipo 3. CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS


(MODIFICADO)



CASO: SP-09

DATA: 11/09/2013



areia 1 7,3 2,1


Seção: Circular areia silto argilosa 3 6,3 2,4








FS.: 2,0 argila 11 2,5 5,5





TABELA 02


1 0 7 5,00 3,00 0,00 0,00 0,00

2 6 7 5,00 3,00 0,00 12,57 6,28

3 6 7 5,00 3,00 2,98 12,57 7,77

4 2 7 5,00 3,00 5,95 4,19 5,07

5 2 7 5,00 3,00 6,94 4,19 5,57

6 4 7 5,00 3,00 7,94 8,38 8,16

7 3 7 5,00 3,00 9,92 6,28 8,10

8 4 7 5,00 3,00 11,41 8,38 9,89

9 4 7 5,00 3,00 13,39 8,38 10,89

10 3 7 5,00 3,00 15,38 6,28 10,83

11 4 7 5,00 3,00 16,87 8,38 12,62

12 5 7 5,00 3,00 18,85 10,47 14,66

13 8 7 5,00 3,00 21,33 16,76 19,04

14 9 7 5,00 3,00 25,30 18,85 22,07

Verificação dos Recalques

Os recalques foram determinados por meio do calculo do recalque pelo método de

Randolph e nos casos de blocos com mais de uma estaca o efeito de grupo foi

considerado usando o artifício do método da estaca equivalente e da sapata fictícia.


Recalque estimado 0,9 cm < 5 cm (valor máximo conforme MacDonald e Skemptom).

Tabela 32 - Recalques bloco tipo 1 – Método da sapata ficticia.

Sapata fictícia

diâmetro (m) 0,4

E do solo (kN/m²) 40500

N 18

Poisson 0,3

tipo de solo silte arenoso

B (largura ) m 1,6

L (comprimento) m 2,8

I fator de influencia 1,3

alfa fator embutimento 0,95

esforço q kN 570

tensão no solo kN/m² 127,2321

recalque do grupo (m) 0,005649

L/B 1,75

D/(LB)^0,5 0,188982

camada recalcável H (m) 22

H/b 13,75

Tabela 33 - Recalques bloco tipo 1 – Método da estaca equivalente.

Estaca equivalente

deq (m) 2,388329

Ag (m²) 4,48

Ep 20000000

Eq 3399676

AT (m²) 0,753982

numero de estacas 6

Area estaca (m²) 0,125664

diametro (m) 0,4

Q (kN) 2040

Ro 1,194164

L (m) 22

E (kN/m²) 40500

V 0,3

G (kN/m²) 6923,077

rm=2,5L(1-v) 38,5

Ln(rm/ro) 3,473212

4/1-v+2*piL/e=ln(rm/ro)*ro 39,04213

w (m) 0,00632

Estaca equivalente compressível

Ep (kN/m²) 3399676

Lambda 218,2508

µ 0,043014

Calculo de apoio 11,67506

w (m) 0,009393

RO=GL/GL/2 0,444444

GL 15576,92

GL/2 6923,077

nL 18

nL/2 8

Estacas dos blocos tipo 2 e 3

Recalque estimado 0,2 cm < 5 cm (valor máximo conforme MacDonald e Skemptom).

Tabela 34 - Recalques blocos tipo 2 e 3.

Estaca Isolada Incompressível

Recalque Q 340

Ro 0,4

L 20

E 40500

V 0,3

G 6923,077

rm=2,5L(1-v) 35

Ln(rm/ro) 4,471639

4/1-v+2*piL/e=ln(rm/ro)*ro 75,97024

w (m) 0,001616

Ep (kN/m²) 20000000

Lambda 1283,951

µ 0,04666

24,71609

w (m) 0,002208

Gl/2/Gl 0,444444

GL 15576,92

GL/2 6923,077

nL 18

nL/2 8

Recalque Diferencial

O recalque diferencial será de 0,9-0,2 = 0,7 cm < 2,5 cm (valor máximo conforme

MacDonald e Skemptom)

Conclusão O presente trabalho permitiu aplicar em um estudo de caso a teoria utilizada no

dimensionamento de fundações profundas.

O projeto em questão apresentou, portanto, as principais verificações necessárias ao

dimensionamento de blocos e estacas para fundações de galpões industriais bem como

as ferramentas computacionais a serem utilizadas em cada uma delas, servindo como

modelo de orientação para outros projetos semelhantes.

Referências bibliográficas AOKI, N & VELLOSO, D. A. An approximate method to estimate the bearing capacity of piles.

In: PAN AMERICAN CSMFE, 5., 1975, Buenos Aires. 1975. V. 1, p.367-376.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118 – Projeto de

estruturas de concreto – Procedimento. 2007.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6122 – Projeto e

execução de fundações. 2010.

FREITAS, A. C. Contribuição ao estudo do efeito tridimensional de instalação e de grupo em

estacas cravadas em areias. UERJ, Rio de Janeiro, 2010.

MEYERHOF, G.G. Bearing capacity and settlement of pile foundation, ASCE, GT 3, 1976.

PIANCASTELLI, E. M. Fundações em estacas: Dimensionamento geométrico e estrutural.

UFMG, Belo horizonte, 2012.

POULOS, H.G. & DAVIS, E. H. Pile foundation analysis and design. Wiley, New York, 1980.

RANDOLPH, M. R. A Theoretical study of the performance of piles. 1977. PhD Thesis –

University of Cambridge, Cambridge, 1977.

SILVEIRA, J. E. S. Curso de estruturas de fundação: Investigações geotécnicas, fundações

profundas e fundações diretas. UFMG, Belo Horizonte, 2003.

VELLOSO, D. A. & LOPES, F. L. Fundações: critérios de projeto, investigação do

subsolo, fundações superficiais, fundações profundas. São Paulo, Oficina de Textos,

2010

DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS DE GALPÃO …€¦ · Capacidade portante da estaca:...

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